JP2005184013A - Method for measuring film thickness of semiconductor layer and method for manufacturing semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化膜を2枚のシリコン基板で挟み込んだようなSOI基板における活性層(半導体層)の膜厚計測方法及びSOI基板のような半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring the thickness of an active layer (semiconductor layer) in an SOI substrate in which an oxide film is sandwiched between two silicon substrates, and a method for manufacturing a semiconductor substrate such as an SOI substrate.
シリコンウェハは、スライス処理後、ラップ処理、エッチング処理を経たのち、ポリッシュ工程が施され、ミラー研磨される。この研磨は、具体的には、複数の回転研磨ブロックに複数枚のウェハをワックス等で貼り付けたのち、研磨布を接着した回転研磨定盤を接着した回転研磨定盤の表面にウェハを押し付けることで行われている。 The silicon wafer is subjected to a lapping process and an etching process after a slicing process, and then a polishing process is performed and mirror polishing is performed. Specifically, this polishing is performed by attaching a plurality of wafers to a plurality of rotating polishing blocks with wax or the like, and then pressing the wafer against the surface of the rotating polishing platen to which the rotating polishing platen to which the polishing cloth is bonded is bonded. It is done by that.
近年では、シリコンウェハの平坦度、平行度に対する要求が厳しくなり、この要求を満たすために、シリコンウェハの厚さの制御を正確に行うことが必要とされている。特に、SOI基板を2枚のシリコン基板の貼り合せによって形成する場合、所定厚さの活性層を得るために、研磨時の膜厚制御が重要となる。 In recent years, demands for flatness and parallelism of silicon wafers have become strict, and in order to satisfy these demands, it is necessary to accurately control the thickness of the silicon wafer. In particular, when an SOI substrate is formed by bonding two silicon substrates, it is important to control the film thickness during polishing in order to obtain an active layer having a predetermined thickness.
しかしながら、従来のSOI基板の研磨においては、研削・粗研磨の各工程を所定時間行ったのち、SOI基板を研磨装置から取り出してから活性層の膜厚測定を行い、さらに、活性層が所望膜厚となるまで調整研磨及び膜厚測定を繰り返し行っていた。すなわち、過度の研磨を行った場合に、そのSOI基板が使用不能になることから、調整研磨や膜厚測定を繰り返し行わなければならず、その都度、研磨装置から取り出して膜厚測定を行わなければならなかった。このため、SOI基板の研磨に対する作業工程数の増大、作業時間の増大といった問題が生じていた。 However, in the conventional SOI substrate polishing, each step of grinding and rough polishing is performed for a predetermined time, and then the SOI substrate is taken out of the polishing apparatus, and then the thickness of the active layer is measured. Adjustment polishing and film thickness measurement were repeated until the thickness was reached. In other words, if excessive polishing is performed, the SOI substrate becomes unusable, so adjustment polishing and film thickness measurement must be repeated, and the film thickness measurement must be performed by removing it from the polishing apparatus each time. I had to. For this reason, there have been problems such as an increase in the number of work steps and an increase in work time for polishing the SOI substrate.
これに対し、研磨中に膜厚測定が行え、モニタリングする技術が種々検討されている。そして、その最も有望な方法として、光の干渉を利用した膜厚測定方法が挙げられる(特許文献1:特開平8−216016号公報参照)。 On the other hand, various techniques for monitoring and monitoring the film thickness during polishing have been studied. And as the most promising method, there is a film thickness measuring method using interference of light (see Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 8-21616).
しかしながら、本発明者らが調査、検討を重ねた結果、光の干渉を利用した膜厚測定においても、各波長毎の干渉情報を取得する間にタイムラグが発生することから、その間に膜厚が変化してしまい、正確な膜厚計測が行えなくなるという問題が発生することが判明した。 However, as a result of repeated investigations and examinations by the inventors, even in film thickness measurement using light interference, a time lag occurs while acquiring interference information for each wavelength. It has been found that there is a problem that the film thickness changes and accurate film thickness measurement cannot be performed.
また、酸化膜を2枚のシリコン基板で挟み込んだSOI基板の構成においては、酸化膜が同じ光学特性を有する材料で挟まれていることから、酸化膜の両面での反射光によって干渉による光がキャンセルされてしまい、酸化膜厚に応じて光の干渉(光の反射率)が弱まる「節」の部分が発生する。このため、この「節」の付近における波長域で測定が困難になるという問題が発生することが判明した。 In addition, in an SOI substrate configuration in which an oxide film is sandwiched between two silicon substrates, the oxide film is sandwiched between materials having the same optical characteristics, so that light caused by interference is reflected by reflected light on both sides of the oxide film. Canceled, a “node” portion where light interference (light reflectance) is weakened according to the oxide film thickness is generated. For this reason, it has been found that there is a problem that measurement becomes difficult in the wavelength region in the vicinity of the “node”.
例えば、活性層の厚さを5μmとし、酸化膜の膜厚を1μmと2μmとした場合において膜厚シミュレーションを行った場合の波長と反射率との関係を図23(a)、(b)に示す。図23(a)に示されるように、光の干渉波形は、波長が830nmとなる付近において極大値となるが、その波長の付近に「節」があると、図23(b)に示すようにその位置が極小値となる。また、ピークとならなかったりする場合もあれば、極大値となる場合もある。このように、本来のピークとなるべき位置で、正確なピークが取れなくなると、正確な膜厚測定が行えなくなる。 For example, when the thickness of the active layer is 5 μm and the thickness of the oxide film is 1 μm and 2 μm, the relationship between the wavelength and the reflectance when the film thickness simulation is performed is shown in FIGS. Show. As shown in FIG. 23A, the light interference waveform has a maximum value in the vicinity where the wavelength is 830 nm. If there is a “node” in the vicinity of the wavelength, as shown in FIG. The position becomes the minimum value. Moreover, it may not become a peak, and it may become a maximum value. Thus, if an accurate peak cannot be obtained at a position where it should be the original peak, accurate film thickness measurement cannot be performed.
本発明は上記点に鑑みて、干渉情報を取得するタイムラグを考慮して正確に膜厚計測が行えるようにすることを目的とする。また、光の干渉が弱まる節を考慮して正確に膜厚計測が行えるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体層で構成された活性層(6a)と支持基板(6b)とによって酸化膜(6c)を挟み込んで構成されたSOI基板(6)に対して光を照射し、SOI基板からの反射光に基づいて活性層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、酸化膜の両面での反射光により、光の干渉が弱められた波長を除くように解析波長領域を設定する工程と、活性層に対して光を照射したことによる反射光を各波長別に分光する工程と、該分光された各波長別の光の干渉情報を一括して取得する工程と、解析波長領域における干渉情報を用いて、活性層の膜厚を算出する工程とを有している。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an SOI substrate (6) in which an oxide film (6c) is sandwiched between an active layer (6a) composed of a semiconductor layer and a support substrate (6b). Is a film thickness measuring method that measures the film thickness of the active layer based on the reflected light from the SOI substrate, and the interference of light is weakened by the reflected light on both sides of the oxide film. The step of setting the analysis wavelength region so as to exclude the reflected wavelength, the step of splitting the reflected light by irradiating the active layer with respect to each wavelength, and the interference information of the divided light for each wavelength. And a step of acquiring all at once, and a step of calculating the thickness of the active layer using interference information in the analysis wavelength region.
このように、タイムラグが無いように干渉情報を一括して取得すると共に、光の干渉が弱められた波長、つまり「節」を除くように解析波長領域を設定しているため、正確な波数やピーク値に基づいて活性層の膜厚測定を行うことが可能となる。このため、正確に活性層の膜厚測定を行うことができる。たとえば請求項3に示すように、解析波長領域を設定する工程において、酸化膜の屈折率をnox、膜厚をdoxとし、mを任意の正数であるとすると、上記数2を満たす範囲を解析波長領域を示すλとして設定する。 In this way, the interference information is acquired in a lump so that there is no time lag, and the analysis wavelength region is set so as to exclude the wavelength at which the light interference is weakened, that is, the “nodes”. Based on the peak value, the thickness of the active layer can be measured. For this reason, it is possible to accurately measure the thickness of the active layer. For example, as shown in claim 3, in the step of setting the analysis wavelength region, assuming that the refractive index of the oxide film is nox, the film thickness is dox, and m is an arbitrary positive number, It sets as (lambda) which shows an analysis wavelength area | region.
また、活性層の膜厚を算出する工程では、干渉情報から求めた波長と反射強度との関係を示す波形の極大値もしくは極小値となる波長から活性層の膜厚を算出することが可能である。請求項4に示すように、極大値もしくは極小値となる波長のうち、極小値となる波長から活性層の膜厚を算出するようにすれば、ノイズの影響を受け難く、ピーク値となる波長の検出をより正確に行うことができる。 Also, in the step of calculating the thickness of the active layer, it is possible to calculate the thickness of the active layer from the wavelength that is the maximum or minimum value of the waveform indicating the relationship between the wavelength obtained from the interference information and the reflection intensity. is there. According to a fourth aspect of the present invention, if the film thickness of the active layer is calculated from the wavelength that is the minimum value among the wavelengths that are the maximum value or the minimum value, the wavelength that is less affected by noise and has a peak value. Can be detected more accurately.
請求項1においては、任意の極大値もしくは極小値における波長をλ1、λ2、波長λでの膜の屈折率をn(λ)、両波長間の周波数もしくは波数をX、単層膜構造と2層膜構造における極大値もしくは極小値となる波長での位相シフト量をs1、s2として、活性層の膜厚dを、上記数1にて算出することを特徴としている。
In
このような算出式によって活性層の膜厚を算出することで、活性層と酸化膜との膜厚の関係によって発生し得る測定膜厚の誤差を補正することができ、より高精度な膜厚測定を可能にできる。 By calculating the film thickness of the active layer using such a calculation formula, it is possible to correct an error in the measured film thickness that may occur due to the relationship between the film thickness of the active layer and the oxide film. Measurement can be made possible.
なお、位相シフト量s1、s2は、請求項2に示すように、酸化膜の膜厚と該酸化膜内を通過する光の波長とから求められる酸化膜の位相値に基づいて求められる。 The phase shift amounts s 1 and s 2 are obtained on the basis of the phase value of the oxide film obtained from the thickness of the oxide film and the wavelength of light passing through the oxide film. .
請求項5に記載の発明においては、解析波長領域を設定する工程では、解析波長領域として、活性層での光の透過率が所定値以上となる波長を設定することを特徴としている。例えば、請求項6に示すように、活性層での光の透過率が10%以上となる波長を解析波長領域として設定する。このようにすれば、光の干渉が明確に確認できる領域で解析波長領域を設定することができる。
The invention according to
請求項7に記載の発明においては、反射光を分光する工程および干渉情報を一括して取得する工程では、反射光を分光する回折格子(4a)と該回折格子によって分光された光の各波長別の干渉情報を一括して取得するCCDアレイ(4b)とを備えた分光器(4)を用いることを特徴としている。このような構成により、反射光の分光と干渉情報の一括取得を行うことが可能である。 In the invention according to claim 7, in the step of separating the reflected light and the step of obtaining the interference information collectively, the diffraction grating (4a) for separating the reflected light and each wavelength of the light dispersed by the diffraction grating A spectroscope (4) provided with a CCD array (4b) that collects other interference information at once is used. With such a configuration, it is possible to collect reflected light spectrum and interference information collectively.
なお、CCDアレイを用いる場合、請求項8に示すように、解析波長領域として、1000nm以下の波長を設定するのが好ましい。すなわち、1000nm以上の波長であると、CCDアレイの感度低下から波長と反射強度との関係を正確に求められなくなる可能性がある。このため、本請求項のようにすることで、正確にピーク値となる波長を求めることができる。
When a CCD array is used, as shown in
請求項9に記載の発明では、SOI基板に対して活性層を研磨する研磨工程を有し、当該研磨中における活性層の膜厚を請求項1乃至8のいずれか1つに記載の半導体層の膜厚測定方法により測定し、活性層が所望の膜厚になったことが検出されると研磨を終了させることを特徴としている。
The invention according to
このように、研磨により活性層の膜厚調整を行うようなSOI基板に対して、請求項1乃至8のいずれか1つに記載の半導体層の膜厚測定方法を用いることで、研磨装置からSOI基板を取り出さなくても正確に活性層の膜厚測定を行うことができる。
As described above, by using the semiconductor layer thickness measuring method according to any one of
このような膜厚測定は、請求項10に示すように、研磨するためにSOI基板を回転させたままの状態で行われても良い。
Such film thickness measurement may be performed with the SOI substrate being rotated for polishing, as shown in
請求項11に記載の発明は、第1の層(6a)及び該第1の層とは屈折率が異なる第2の層(6c)とを有する基板(6)における第1の層の膜厚を測定する膜厚測定方法に関して、請求項1に記載の発明を適用したものである。このように、屈折率が異なる2層膜構造について、請求項1に記載の発明を適用することができ、高精度な膜厚測定を行なうことができる。
The invention according to
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態における半導体層の膜厚測定方法について説明する。図1に、本実施形態における膜厚測定方法を実現する膜厚測定装置の概略構成を示す。以下、図1に基づいて膜厚測定装置の構成についての説明を行う。
(First embodiment)
A method for measuring the thickness of the semiconductor layer in the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a film thickness measuring apparatus that realizes the film thickness measuring method in the present embodiment. Hereinafter, the configuration of the film thickness measuring apparatus will be described with reference to FIG.
図1に示すように、膜厚測定装置には、光源1、光ファイバー2、計測ヘッド3、分光器4および解析装置5が備えられている。光源1には、例えば白色光を発生するタングステンハロゲンランプが用いられている。この光源1としては、タングステンハロゲンランプが発生する白色光の一部をフィルター等で分光した光を用いても良く、白熱球やキセノンランプ等を用いることも可能である。光ファイバー2は、例えば複数本のファイバーからなる光の伝達を行うものであり、光源1からの光を計測ヘッドに伝達する役割と、計測ヘッド3からの光を分光器4に伝達する役割とを果たしている。
As shown in FIG. 1, the film thickness measurement apparatus includes a
計測ヘッド3は、光ファイバー2から伝達された光をSOI基板6の活性層6aの表面に向けて照射する役割を果たすと共にSOI基板6からの反射光を受け取る役割を果たす。そして、このように計測ヘッド3から受け取られたSOI基板6からの反射光が光ファイバー2を通じて分光器4に送られるようになっている。
The measurement head 3 plays the role of irradiating the light transmitted from the
分光器4は、送られてきた光を成分別に分光するものであり、この分光器4によって光の干渉情報が一括して受け取れるようになっている。図2に分光器4の具体的構成の一例を示す。この図に示されるように、分光器4には回折格子4aとCCDアレイ4bとが備えられており、光ファイバー2を介して送られてきたSOI基板6からの反射光を検出光とすると、回折格子4aによって検出光を各波長別に分光し、この分光した各波長別の光を干渉情報としてCCDアレイ4bにて一括して受け入れるような構成となっている。このため、各波長別の光の干渉情報をタイムラグなしで取得することができる。なお、本実施形態においては、これらの構成のうちのCCDアレイ4bが光の干渉情報を一括して受け取る手段に相当する。
The
解析装置5は、分光器4によって分光された光、具体的にはCCDアレイ4bに取り込まれた干渉情報に基づいて、SOI基板6の表面における活性層6aの膜厚解析を行うと共に、この膜厚解析結果に応じた出力を発生させる。この出力により、例えば、表示装置による膜厚解析結果のモニタリングが行われたり、膜厚解析結果に基づく更なる膜厚調整や活性層6aの研磨の停止点の検出が行われる。
The
続いて、図1に示す膜厚測定装置を用いた膜厚測定のフローチャートを図3に示し、この図に基づいて膜厚測定の詳細についての説明を行う。まず、解析波長領域を設定する(ステップS101)。この解析波長領域とは、CCDアレイ4bで受け取られた干渉情報のうち、膜厚測定の解析に用いる波長領域ということを意味している。この解析波長領域の設定方法についての詳細は後述する。
Then, the flowchart of the film thickness measurement using the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 1 is shown in FIG. 3, and the details of the film thickness measurement will be described based on this figure. First, an analysis wavelength region is set (step S101). This analysis wavelength region means a wavelength region used for analysis of film thickness measurement in the interference information received by the
次に、光源1を発光させ、光ファイバー2および測定ヘッド3を介してSOI基板6における活性層6aの表面に光を照射したのち(ステップS102)、測定ヘッド3及び光ファイバー2を介してSOI基板6からの反射光を分光器4に送り、分光器4で各波長別の干渉情報を受け取る(ステップS103)。これにより、タイムラグを発生させることなく、各波長別の干渉情報が取得される。そして、解析装置5において、各波長別の干渉情報から反射光の波形、すなわち波長と反射強度との関係を求める。この関係を図示すると、波長に対して反射強度が周期的に変化する。このため、この波長と反射強度との関係に基づいて、反射光の波形におけるピーク値(極大値および極小値)と上記で設定した解析波長領域における波数を求める(ステップS104)。この後、求めたピーク値と波数に基づいて解析装置5により膜厚算出を行い(ステップS105)、さらにこの膜厚解析結果に応じた出力を行う(ステップS106)。
Next, the
ここで、膜厚解析の方法と解析波長領域の設定方法について説明する。まず、膜厚解析方法について、図4に示す参考図を用いて説明する。 Here, a film thickness analysis method and an analysis wavelength region setting method will be described. First, the film thickness analysis method will be described with reference to the reference diagram shown in FIG.
図4は、SOI基板6に対して光を照射した際における入射光と反射光との関係を図示したものである。この図に示されるように、SOI基板6の構成が光活性層6aと支持基板6bとの間に酸化膜6cを挟み込んだものであるため、光を照射すると活性層6aと酸化膜6cとの界面や酸化膜6cと支持基板6bとの界面で反射が起こり、これらの反射光が互いに干渉する。この光の干渉は、活性層6aの膜厚dと屈折率nと波長λとによって変化する。
FIG. 4 illustrates the relationship between incident light and reflected light when the
そして、外気の屈折率をno、酸化膜6cの膜厚をdox、屈折率をnox、支持基板6bの屈折率をnsとすると、反射率のピーク値が次式となることから、各膜6a〜6cの屈折率n、nox、nsの関係に応じて反射率のピーク値を示す式のいずれの式が極大値と極小値を示しているかが分かる。ただし、次式においてmは自然数とする。
When the refractive index of the outside air is no, the film thickness of the
そして、反射率のピーク値となる位置と上述したステップS104における反射光の波形がピーク値となる位置とが一致するため、上記数4の第1、第2式の関係から活性層6aの膜厚dが次式のように求められる。
And since the position where the peak value of the reflectance coincides with the position where the waveform of the reflected light in step S104 described above becomes the peak value, the film of the
参考として、図5に、活性層6aの厚みを14μm、酸化膜6cの厚みを1.3μmとした場合における波長と反射強度との関係を調べた結果を示す。この図に示されるように、波長が最も低い位置におけるピーク値での波長をλ1とすると、そこからX=6とした場合におけるピーク値での波長がλ2となる。
For reference, FIG. 5 shows the results of examining the relationship between the wavelength and the reflection intensity when the thickness of the
続いて、解析波長領域についての説明を行う。解析波長領域の設定では、上述した「節」を除去した波長領域を解析に用いる波長として設定する。まず、解析波長領域の設定方法に先立ち、「節」が発生する原理および「節」が膜厚測定にどのように影響するかについて説明する。 Subsequently, the analysis wavelength region will be described. In setting the analysis wavelength region, the wavelength region from which the above-mentioned “nodes” are removed is set as the wavelength used for the analysis. First, prior to the analysis wavelength region setting method, the principle of “nodes” and how “nodes” affect film thickness measurement will be described.
図6に光の干渉現象を模式的に示し、この図に基づいて「節」の発生原理について説明する。まず、活性層6a、酸化膜6c、支持基板6bをそれぞれ媒質I、II、IIIと見立て、これら各媒質における屈折率をn1、n2、n3とし、入射光の振幅を1とすると、反射光の振幅(振幅反射率)r1と透過光の振幅(振幅反射率)t1は、フレネルの法則から次式となる。
FIG. 6 schematically shows the light interference phenomenon, and the principle of occurrence of “nodes” will be described based on this figure. First, assuming that the
また、媒質II、IIIの界面での振幅反射率r2および振幅透過率t2も同様に次式のように示される。
Similarly, the amplitude reflectance r 2 and the amplitude transmittance t 2 at the interface between the media II and III are also expressed by the following equations.
そして、媒質IIの上下の界面で多重反射するため、媒質Iへ出てくる光の振幅反射率r、エネルギー反射率Rは次式のように示される。
Since multiple reflection is performed at the upper and lower interfaces of the medium II, the amplitude reflectance r and the energy reflectance R of the light coming out of the medium I are expressed by the following equations.
ただし、δ=4πn2d/λである。そして、媒質Iを活性層6a(Si)、媒質IIを酸化膜6c(SiO2)、媒質IIIを支持基板6b(Si)とした場合、つまり媒質I、II、IIIの各材質をSi、SiO2、Siとした場合で考えると、n1=n3であるため、数10が求められ、この数10と上記数8とにより、数11が求められる。
However, δ = 4πn 2 d / λ. When the medium I is the
そして、cosδは−1〜1の間で変化するため、cosδ=1となるとき、Rは極小値0をとる。すなわち、酸化膜6cの界面での反射が実質的に起こらなくなる。従って、4πn2d/λ=2hπ(hは自然数)の条件を満たす時に「節」が現われる。このため、この「節」を避けるように、解析波長領域の設定を行う。図7を用いて、この解析波長領域の設定方法を説明する。
Since cos δ changes between −1 and 1, when cos δ = 1, R takes the
図7は、活性層6aの厚みが14μm、酸化膜6cの厚みが1.3μmである場合における波長と反射強度との関係を調べた結果である。この図において、波長が957nmとなる付近で「節」が発生しており、本来、この波長付近に発生するべき極大値、極小値が鮮明に現われなくなっている。
FIG. 7 shows the result of examining the relationship between the wavelength and the reflection intensity when the thickness of the
従って、もし、計測範囲にこの「節」の部分が含まれると、ピーク値の検出が困難になって正しい膜厚測定が行えなくなる。また、極大値と極小値の検出を確実に行うためには、±10%程度以上の変化量があることが望ましく、図7の計測結果を用いて言えば「節」の中心波長から±5nm程度を除いた範囲の波長を解析波長領域として使用するのが好ましい。そして、活性層6aの厚さに起因する振幅量(反射率の変化量)の波長依存性は、波長と酸化膜6cの厚さによって変化するため、図7の計測結果で示される「節」の波長±5nmを一般的に表現すると、次式で示される。
Therefore, if this “node” portion is included in the measurement range, it becomes difficult to detect the peak value and correct film thickness measurement cannot be performed. Further, in order to surely detect the maximum value and the minimum value, it is desirable that there is a change amount of about ± 10% or more, and using the measurement result of FIG. 7, ± 5 nm from the center wavelength of the “node”. It is preferable to use the wavelength in the range excluding the degree as the analysis wavelength region. Since the wavelength dependency of the amplitude amount (reflectance change amount) due to the thickness of the
なお、本実施形態のようにSOI基板6を用いる場合には、屈折率noxや膜厚doxが予め分かっていることから、これらの値を予め入力しておくことによって、数12から「節」を求めることができる。図7の解析結果においては、数12における酸化膜6cの屈折率noxが1.45、膜厚doxが1.32μm、自然数mが4となる。従って、解析波長領域として好ましい範囲は、次式のように示される。
Note that when the
参考として、活性層6aの膜厚を9μm、酸化膜6cの膜厚を3.54μmとした場合における解析結果を図8に示す。この図に示されるように、「節」の中心波長から離れると急激に振幅が大きくなっている。この場合、±10%程度以上の変化量を見込むと、「節」から約±2nmほど外側の波長を解析波長領域とするのが好ましいと言える。このように、酸化膜6cの膜厚が厚くなるほど、解析波長領域から除去するべき範囲が狭くなり、上記数13で示される範囲が妥当であることが分かる。
As a reference, FIG. 8 shows an analysis result when the thickness of the
次に、以上説明した方法により、CCDアレイ4bでの露光時間10m秒、計測波長間隔0.3nm、分光器4の分光分解能(半値幅)1nmとし、SOI基板6の活性層6aの厚さ3μm、酸化膜6cの厚さ1.1μmとした試料を用いて膜厚測定を行った。
Next, by the method described above, the exposure time in the
このような試料の場合、上記数13から求められる解析波長領域が647〜802nm、もしくは810〜1068nmとなる。上記試料を用いた場合における反射光の波長と反射強度との関係を図示すると、解析波長領域との関係が図9、図10のように示される。ただし、ここでは図9が極小値同士を膜厚測定用のピーク値として用いた場合、図10が極大値同士を膜厚測定用ピーク値として用いた場合として示してある。
In the case of such a sample, the analysis wavelength region obtained from
これらの図から分かるように、「節」を避けるようにして解析波長領域が設定されているため、この領域内においては波数や極大値および極小値となるピーク値を正確に測定することができる。このため、正確な波数やピーク値に基づいて正確に活性層6aの膜厚測定を行うことが可能となる。具体的には、図中右上に示されるように、活性層6aの膜厚測定結果は図9の場合では膜厚d=3.17μm、図10の場合では膜厚d=3.20μmとなり、共に正確な膜厚測定が行えていることが分かる。
As can be seen from these figures, since the analysis wavelength region is set so as to avoid “nodes”, the peak value that is the wave number, maximum value, and minimum value can be accurately measured in this region. . For this reason, it becomes possible to accurately measure the film thickness of the
このように、本実施形態においては、各波長別の光の干渉情報を一括して取得できるようにすると共に、「節」を避けるように解析波長領域を設定しているため、正確な波数やピーク値に基づいて活性層6aの膜厚測定を行うことが可能となる。このため、正確に活性層6aの膜厚測定を行うことができる。
As described above, in this embodiment, the interference information of light for each wavelength can be acquired collectively, and the analysis wavelength region is set so as to avoid “section”. It becomes possible to measure the film thickness of the
なお、ここでは、膜厚測定に用いるピーク値として、極小値同士を用いた場合(図9)と極大値同士を用いた場合(図10)として示してあるが、極大値と極小値との組み合わせの場合、図11のようになる。この図からも分かるように、極大値と極小値との組み合わせであっても、正確に波数やピーク値を求めることができ、正確に活性層6aを求めることが可能となる。この場合の膜厚測定結果は、膜厚d=3.18μmとなり、この場合にも正確な膜厚測定が行えていることが分かる。
In addition, here, as a peak value used for film thickness measurement, it is shown as a case where local minimum values are used (FIG. 9) and a case where local maximum values are used (FIG. 10). In the case of the combination, it is as shown in FIG. As can be seen from this figure, the wave number and the peak value can be accurately obtained even with the combination of the maximum value and the minimum value, and the
このように、膜厚測定に用いるピーク値は、極大値、極小値いずれであっても構わないが、極大値よりも極小値の方の波形がシャープになりやすいため、好ましくは極小値を用いた方が良い。このことは、極大値又は極小値となる位置を正確に検出する際に関連してくる。すなわち、活性層6aの膜厚が薄くなってくると、極大値付近での反射率の波長による変化が緩やかになるため、ノイズの影響を受けてピーク値となる波長の検出が難しくなる。これに対しては、データ処理時に平均化を行うことで理想線を推定する等の対処が考えられるが、処理が複雑になるため好ましくない。その反面、極小値付近での反射率の波長による変化は急激であるため、ノイズの影響を受け難く、ピーク値となる波長の検出をより正確に行うことができる。このため、膜厚測定に用いるピーク値としては極小値を用いると良い。
As described above, the peak value used for film thickness measurement may be either a maximum value or a minimum value. However, since the waveform of the minimum value tends to be sharper than the maximum value, the minimum value is preferably used. Better to be. This is related to accurately detecting the position where the maximum value or the minimum value is obtained. That is, as the film thickness of the
また、参考として、活性層6aおよび酸化膜6cの膜厚を適宜変化させて活性層6aの膜厚測定を行った場合における反射光の波長と反射強度との関係を図12〜図14に示す。
For reference, FIGS. 12 to 14 show the relationship between the wavelength of reflected light and the reflection intensity when the thickness of the
図12は、活性層6aの膜厚を25μmと厚めに設定し、酸化膜6cの膜厚を1.1μmとした場合を示している。このような場合においても、解析波長領域を設定することで、正確に波数やピーク値を求めることができ、正確に活性層6aを求めることが可能となる。ただし、このように活性層6aを厚めに設定した場合、800nmよりも短波長となる領域では活性層6aでの光の吸収によりピーク値が現われなくなる。このため、光の吸収を考慮して解析波長領域を設定する必要がある。例えば、図13は、図12よりもさらに活性層6aを厚く(45μm)した場合を示したものであるが、この図からも活性層6aによる光の吸収が厚みに応じて大きくなることが分かる。
FIG. 12 shows a case where the thickness of the
図15に、活性層6a、つまりSiによる光の吸収係数αに対する波長の依存性を示す。この図に示されるように、波長が大きくなるほど吸収係数αが小さくなり、光の透過性が良くなる。そして、活性層6aでの透過率と図12、図13の各結果とから、光の干渉と透過率の関係を調べたところ、透過率が10%になると光の干渉が明確に確認できることが分かった。図16に、透過率が10%となる活性層6aの厚みと波長との関係を示す。この図の斜線領域において光の干渉が明確に確認でき、膜厚測定が可能となる。すなわち、活性層6aの厚さを25μmとした場合(つまり図12)では、波長が820nm付近から光の干渉が明確に認められ、活性層6aの厚さを45μmとした場合(つまり図13)では、波長が880nm付近から光の干渉が明確に認められていることから、図1に示す結果と一致する。このため、活性層6aでの光の透過率が10%以上となるように解析波長領域を設定することで、正確に光の干渉を得ることができ、正確な膜厚測定を行うことが可能となる。
FIG. 15 shows the dependence of the wavelength on the light absorption coefficient α of the
一方、図14は、活性層6aを14μm、酸化膜6cを1.3μmとした場合を示している。この場合においても、図中に示されるように「節」が明確に現われているが、この「節」を避けるように解析波長領域が設定されるため、正確に波数やピーク値を求めることができ、正確に活性層6aを求めることが可能となる。
On the other hand, FIG. 14 shows a case where the
また、上記方法を用いた場合における計測データ等と標準計測器を用いた膜厚測定データとを比較したところ、図17のように表された。ただし、計測データを得た時の計測条件を、CCDアレイ4bでの露光時間6m秒、計測ヘッド3からSOI基板6までの計測距離20mmとし、極大値の波長を検出することで計測データを得ている。そして、酸化膜6cの厚さが1.1μmの時には850〜960nm(ただし活性層6aの厚さが46μmの場合のみ920〜1000nm)、1.3μmの時には820〜920nm、3.5μmの時には860〜920nmの解析波長領域を設定している。また、標準計測器には、活性層6aの膜厚が7μm以下の場合にはナノメトリクス社のナノスペックを用い、膜厚が7μm以上の場合にはFT−IRを用いている。
Moreover, when the measurement data etc. in the case of using the said method and the film thickness measurement data using a standard measuring device were compared, it represented as FIG. However, the measurement conditions when the measurement data is obtained are the
この計測データから分かるように、各計測データが実線で示される標準計測器の膜厚測定データとほとんど一致しており、非常に良い相関が得られていることが分かる。 As can be seen from the measurement data, each measurement data almost coincides with the film thickness measurement data of the standard measuring instrument indicated by the solid line, and it can be seen that a very good correlation is obtained.
また、上記方法を用い、SOI基板6を回転させた場合の計測も行った。この結果を図18に示す。この計測では、計測条件を、CCDアレイ4bでの露光時間10m秒、解析波長領域が850〜960nm、SOI基板6の回転速度が75回転/分となるように設定している。そして、活性層6aの厚さが9.3μm、酸化膜9cの厚さが1.1μm、径が6インチを成すSOI基板6を用い、SOI基板6の最外周から測定間隔を10mmとして、測定時間間隔1秒毎に測定を行っている。なお、図中破線は、FT−IR装置を用いて、SOI基板6が静止した状態において4箇所で活性層6の膜厚を計測したときの最大値と最小値を示している。
In addition, measurement was performed when the
この結果からも分かるように、SOI基板6を回転させた場合においても、標準計測器として使用されるFT−IR装置での計測結果と一致し、正確に活性層6aの膜厚測定を行うことができると言える。
As can be seen from this result, even when the
さらに、上記方法を用い、SOI基板6(活性層6a)の表面に水を介在させた場合についての計測も行った。この結果を図19に示す。この計測では、水の厚さを1mm、活性層6aの厚さを14μm、酸化膜6cの厚さを1.3μmとしている。このように水が介在している場合においても「節」を避けるように解析波形領域を選択することで、正確に波数やピーク値を求めることができ、正確に活性層6aを求めることが可能となる。
Further, the above method was used to measure the case where water was interposed on the surface of the SOI substrate 6 (
なお、上記した解析波長領域の設定においては、解析波長領域の上限について説明していないが、反射光の干渉情報を一括して受け取る手段として用いるものに依存して解析波長領域の上限を設定することもできる。例えば、ここでの説明に用いたように、反射光の干渉情報を一括して受け取る手段としてCCDアレイ4bを用いる場合、波長と反射強度との実測波形が図20(a)のようになり、波長が長い領域において、図20(b)で示される理論波形と相違する。これは、CCDアレイ4bの感度不足のために生じており、CCDアレイ4bを用いた場合には、波長が約1000nmとなる付近から感度不足が発生する。このため、CCDアレイ4bを用いる場合には、解析波長領域の上限を約1000nmに設定するのが好ましい。
In the above-described setting of the analysis wavelength region, the upper limit of the analysis wavelength region has not been described, but the upper limit of the analysis wavelength region is set depending on what is used as a means for collectively receiving reflected light interference information. You can also. For example, as used in the description herein, when the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態は、図1に示した膜厚測定装置を用いて、研磨装置によるSOI基板6の研磨中に活性層6aの膜厚測定を行うものである。図21に、本実施形態における膜厚測定の様子を表した模式図を示す。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the film thickness measurement apparatus shown in FIG. 1 is used to measure the film thickness of the
図21に示す研磨装置は、CMP(Chemical mechanical polish)装置である。この研磨装置は、研磨パッド11と、研磨パッド11が貼られている定盤12と、SOI基板6を取り付けるヘッド13と、砥粒を含むスラリ14aを滴下するスラリ供給部14とを備えている。
The polishing apparatus shown in FIG. 21 is a CMP (Chemical mechanical polish) apparatus. This polishing apparatus includes a
そして、SOI基板6のうち平坦化する表面(つまり活性層6a側)が研磨パッド11側に位置するようにSOI基板6をヘッド13に固定したのち、スラリ供給部14からスラリ14aを供給しつつ、ヘッド13によってSOI基板6を定盤12に押圧させた状態で定盤12及びヘッド13を回転させることで、研磨パッド11によってSOI基板6の表面を平坦化できるようになっている。
Then, after the
このように構成された研磨装置において、定盤12及び研磨パッド12に窓部12aが設けられており、この窓部12aを通じて膜厚測定が行われるようになっている。なお、膜厚測定に用いる膜厚測定装置は、図1と同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。
In the polishing apparatus configured as described above, the
このような研磨中における膜厚測定は図22に示すフローチャートに従って行われる。すなわち、まず、解析波長領域の設定、SOI基板6への光の照射、分光器4による反射光信号測定、ピーク位置および波数の検出、膜厚算出、膜厚出力(ステップS201〜206)を行う。これら各処理は、図3におけるステップS101〜S106と同様に行う。続いて、測定膜厚が所望の設定膜厚以下であるか否かを判定する(ステップS207)。これにより、活性層6aが所望の膜厚となったか否かが判定される。そして、ここでの処理が否定判定されれば今までの処理を繰り返し行い、肯定判定されれば解析装置5から研磨終了を示す終点信号が出力され(ステップS208)、この信号を受けて研磨装置での研磨が停止される。
The film thickness measurement during such polishing is performed according to the flowchart shown in FIG. That is, first, analysis wavelength region setting, light irradiation to the
このように、研磨装置での研磨工程中にも活性層6aの膜厚測定を行うことができ、より正確に活性層6aを所望の膜厚にすることができる。
Thus, the film thickness of the
なお、ここでは定盤12に窓部12aを設けることによって研磨中における膜厚測定を行っているが、定盤12に窓部12を設けなくても、SOI基板6の一部が定盤12の外周端よりも外側にはみ出るようにし、そのはみ出た部分に対して光を照射することで活性層6aの膜厚測定を行うようにしてもよい。また、このようにSOI基板6の一部を定盤12の外周端からはみ出させる際には、研磨を行ったままの状態としてもよいし、一旦、研磨を停止させた状態としてもよい。
Here, the film thickness is measured during polishing by providing the
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態で示した活性層6aの膜厚のズレ量の補正を行なう場合について説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a case will be described in which the shift amount of the film thickness of the
上記各実施形態において、SOI基板6は2層構造の膜構造を持つため、活性層6aの直下にある酸化膜6cの影響を受け、ピーク値となる波長での位相が単層膜の時に対して若干シフトすることになる。このため、計測膜厚値にズレ、具体的には実際の膜厚よりも厚く検出されるという誤差が生じ、より高精度な膜厚測定が要求される場合には、膜厚計測値の誤差が許容できなく場合が生じる。この問題に対し、多くの測定実測値から対応表を作成し、補正を行なうという方法も可能であるが、汎用性に乏しく、また計測原理に基づいていないため、補正精度のバラツキが大きくなるという問題が発生することが予測される。特に、活性層6aが薄いほど、また酸化膜6cの膜厚が厚いほど、その影響が大きくなり、膜厚の計測誤差が大きくなるという問題が発生する。
In each of the above embodiments, since the
このため、本実施形態では、数14に示す式を用いて、ピーク値となる波長での位相のシフト量sに起因した活性層6aの膜厚のズレ量の補正を行なう。この数14で示される補正用の算出式は、第1実施形態で示した数5におけるXから各ピーク値となる波長での位相シフト量s分を補正したものである。
For this reason, in the present embodiment, the amount of shift in the film thickness of the
以下、この活性層6aの膜厚のズレ量の補正に用いる位相シフト量sについて説明するが、それに先立ち、このズレ量の補正の概念に関して分光法の原理を基に説明する。ただし、分光法の原理のうち第1実施形態と同様の部分については、第1実施形態を参照する。
Hereinafter, the phase shift amount s used for correcting the shift amount of the film thickness of the
まず、第1実施形態で示した図6において、媒質IIが単層膜構造である場合を想定し、図中に示した光の干渉現象に基づいて、媒質IIから媒質Iへ出てくる光のエネルギー反射率Rを求める。すると、エネルギー反射率Rは、上述した数9のように表され、この式は数15のように変換される。
First, in FIG. 6 shown in the first embodiment, it is assumed that the medium II has a single-layer film structure, and light emitted from the medium II to the medium I based on the light interference phenomenon shown in the figure. The energy reflectivity R is obtained. Then, the energy reflectance R is expressed as in the above-described
そして、δ=4πn2d/λであり、cosδが−1〜1の間で変化することから、cosδ=±1となるときにエネルギー反射率Rが極大値もしくは極小値をとる。すなわち、4πn2d/λ=2mπ、及び4πn2d/λ=(2m−1)π(mは自然数)の条件を満たす時に、極大値もしくは極小値をとる。従って、2nd=mλ、2nd=(m−1/2)λの2式が導き出され、いずれの式が極大値、極小値になるかは、各媒質I、II、IIIの屈折率n1、n2、n3の大小関係、つまりこれらの大小関係に基づき上記数6、数7から求まるr1、r2によって決まる。
Since δ = 4πn 2 d / λ and cos δ varies between −1 and 1, the energy reflectivity R takes a maximum value or a minimum value when cos δ = ± 1. That is, when the conditions of 4πn 2 d / λ = 2mπ and 4πn 2 d / λ = (2m−1) π (m is a natural number) are satisfied, the maximum value or the minimum value is obtained. Therefore, two formulas of 2nd = mλ and 2nd = (m−1 / 2) λ are derived, and which formula has the maximum value and the minimum value is determined by the refractive index n 1 of each medium I, II, III. It is determined by r 1 and r 2 obtained from the
次に、図24に、2層膜構造の場合における光の干渉現象の模式図を示し、2層構造の場合における多重反射について考える。 Next, FIG. 24 shows a schematic diagram of the light interference phenomenon in the case of the two-layer film structure, and considers the multiple reflection in the case of the two-layer structure.
図24に示されるように、媒質I〜媒質IVを想定し、これら各媒質I〜IVの屈折率をn1〜n4、媒質IIの膜厚をd1、媒質IIIの膜厚をd2、入射光の振幅を1、反射光の振幅をr1〜r3、透過光の振幅をt1〜t3とすると、単層膜構造の場合と同様の方法により、エネルギー反射率Rが数16のように求まる。ただし、数16中におけるr2’は数17で示されるものであり、媒質III及び媒質IVでの反射光の振幅の合成反射率に相当するものである。また、δ1=4πn2d1/λ、δ2=4πn3d2/λである。
As shown in FIG. 24, mediums I to IV are assumed, the refractive indexes of these mediums I to IV are n 1 to n 4 , the film thickness of medium II is d 1 , and the film thickness of medium III is d 2. If the amplitude of the incident light is 1, the amplitude of the reflected light is r 1 to r 3 , and the amplitude of the transmitted light is t 1 to t 3 , the energy reflectance R is a number by the same method as in the case of the single layer film structure. It is obtained like 16. However, r 2 ′ in Expression 16 is expressed by
従って、数16は、単層膜構造の下側の界面での反射率を媒質IIIの上下界面での合成反射率r2’で置き換えたもので表され、cosδ1が−1〜1で変化する間にr2’が一定ならば、単層膜モデルと等価になる。しかしながら、実際には、δ1だけでなくδ2も同時に変化するため、r2’も変化し、極大値もしくは極小値をとるときのδ1の値にズレが発生する。数17から明らかなように、r2’はδ2に依存するため、δ1のズレ量はδ2に依存する。
Therefore, Equation 16 is expressed by replacing the reflectance at the lower interface of the single-layer film structure with the combined reflectance r 2 ′ at the upper and lower interfaces of the medium III, and cos δ 1 varies from −1 to 1. If r 2 ′ is constant during this time, it becomes equivalent to the single layer film model. However, in actuality, not only δ 1 but also δ 2 changes at the same time, so that r 2 ′ also changes, and a deviation occurs in the value of δ 1 when taking the maximum value or the minimum value. As apparent from
つまり、波長λの変化に対するδ2の変化量がδ1の変化量に比べて十分小さい時には、数15を単層膜の式に置き換えても実質上問題ないが、δ2とδ1との変化量の差が小さくなると、単層膜での近似では精度良く媒質IIの膜厚d1を求めることができなくなる。なお、ここでいうδ2とδ1との変化量の差が小さくなるときとは、具体的にはδ1/δ2=n2d1/n3d2の値が小さくなるとき、すなわち、媒質IIの膜厚が比較的薄いとき又は媒質IIIの膜厚が比較的厚いときを示している。
In other words, when the amount of change of δ 2 with respect to the change of wavelength λ is sufficiently smaller than the amount of change of δ 1 , there is no problem if
以上の原理に基づけば、δ2とδ1との変化量の差が小さくなるときには、活性層6aの膜厚dを精度良く検出することができず、膜厚dのズレ量分を補正する必要がある。
Based on the above principle, when the difference in change amount between δ 2 and δ 1 is small, the film thickness d of the
従って、上述した数5で示した活性層6aの膜厚dからδ1のズレ量分を補正するにあたり、δ2のズレ量を求めることでδ1のズレ量を推定することが必要となる。そして、δ1がピーク値となる波長での位相のシフト量sと、r2’が周期関数であるcosδ2に依存することから、δ2/2π、すなわちδ2の影響が酸化膜6cの厚さと波長から求まる酸化膜6cの位相値(=2ndox/λ)の小数部で代表できることから、これらの関係を予め求めておくことにより、位相値の小数部分をパラメータとして位相シフト量sを一義的に求めることが可能である。
Therefore, in correcting the amount of deviation of δ 1 from the film thickness d of the
すなわち、位相値の小数部分とシフト量sとの関係をシミュレーションによって求めると、図25に示される結果が得られることから、この関係図に基づいて位相値の小数部分に対応する位相シフトsを求めることができる。 That is, when the relationship between the decimal part of the phase value and the shift amount s is obtained by simulation, the result shown in FIG. 25 is obtained. Based on this relationship diagram, the phase shift s corresponding to the decimal part of the phase value is calculated. Can be sought.
このように、位相シフト量sを考慮して、活性層6aの膜厚のズレ量分を補正することで、より高精度に活性層6aの膜厚を検出することが可能となる。参考として、図26に、本実施形態に示した補正を行なった場合と行なっていない場合とについて、計測誤差を調べた実測結果を示す。なお、この実験では酸化膜6cの膜厚を3.57μmとしている。この図からも明らかなように、本実施形態で示した補正を行なうことにより、より高精度に活性層6aの膜厚を検出することが可能になるといえる。
In this way, by correcting the shift amount of the film thickness of the
(他の実施形態)
上記各実施形態においける膜厚解析の原理として、必ずしも第1実施形態で示した方法を使用しなければならないわけではなく、他の膜厚解析の原理を使用してもよい。例えば、以下の方法を使用してもよい。この方法を上記図4を用いて説明する。
(Other embodiments)
As the principle of film thickness analysis in each of the above embodiments, the method shown in the first embodiment is not necessarily used, and another film thickness analysis principle may be used. For example, the following method may be used. This method will be described with reference to FIG.
図4に示すように、SOI基板6に光を照射すると、活性層6aと酸化膜6cとの界面や酸化膜6cと支持基板6bとの界面で反射が起こり、これらの反射光が互いに干渉する。この光の干渉は、活性層6aの膜厚dと屈折率nと波長λとによって変化する。
As shown in FIG. 4, when the
そして、波長がλ1からλ2まで変化したとき、反射光は互いに強め合ったり弱め合ったりを繰り返し、位相がψ[rad]変化したとすると、活性層6aの厚さdは干渉の関係から次式で表される。
When the wavelength changes from λ 1 to λ 2 , the reflected light repeatedly intensifies and weakens each other, and assuming that the phase changes by ψ [rad], the thickness d of the
このψがちょうど2πの整数倍になるとき、上記第1実施形態で説明した膜厚解析方法における数5の式となる。上記第1実施形態で説明した膜厚解析方法ではψが整数倍変化する波長λ1、λ2を求めたが、λ1、λ2を任意に設定し、λ1からλ2の間の干渉光強度の波長変化(波形)から膜厚dを算出することも可能である。例えば、周波数解析を行うことにより、膜厚dを求める方法が採用できる。
When ψ is exactly an integral multiple of 2π,
具体的には、波長を横軸とした干渉信号は、中心周波数に微妙な周波数変調がかかった波形となる。このため、数18のψ/2πは(λ1−λ2)を基本周期とする中心周波数fと置き換えることができ、数19のように示すことができる。ただし、次式においてfは(λ1−λ2)を基本周期(f=1)としている。 Specifically, the interference signal having the wavelength as the horizontal axis has a waveform in which a subtle frequency modulation is applied to the center frequency. Therefore, ψ / 2π in Equation 18 can be replaced with a center frequency f having (λ 1 −λ 2 ) as a fundamental period, and can be expressed as in Equation 19. However, in the following formula, f has (λ 1 −λ 2 ) as a basic period (f = 1).
従って、この式からフーリエ変換を行うことで周波数fを算出し、この周波数fに基づいて膜厚dを算出することが可能となる。
Therefore, it is possible to calculate the frequency f by performing Fourier transform from this equation, and to calculate the film thickness d based on the frequency f.
さらに、上記第1実施形態では、解析波長領域の設定方法として、予め分かっている数値(屈折率noxや膜厚dox)を予め解析装置5に入力しておき、この数値を用いて「節」を求めるようにしているが以下のようにしてもよい。
Furthermore, in the first embodiment, as a method for setting the analysis wavelength region, previously known numerical values (refractive index nox and film thickness dox) are input in advance to the
すなわち、分光器4からの干渉情報から得られる波長と反射強度との関係の波形から極大値を自動検出し、極大値を結ぶ曲線の極大値付近を中心とした波長領域を解析波長領域として設定するようにしてもよい。
That is, the maximum value is automatically detected from the waveform of the relationship between the wavelength and the reflection intensity obtained from the interference information from the
また、上記各実施形態では、光の干渉情報を一括して取得する手段としてCCDアレイ4bを用いているが、この他の手段、例えばフォトダイオードアレイを用いても良い。
In each of the above-described embodiments, the
なお、上記各実施形態において、CCDアレイ等の一括して干渉情報を得る手段を用いないで、「節」だけを除去するようにしても、「節」を除去することによる効果を十分に得ることができる。 In each of the above embodiments, even if only “nodes” are removed without using a means for obtaining interference information at once, such as a CCD array, the effect of removing “nodes” is sufficiently obtained. be able to.
また、上記第3実施形態では、SOI基板6における活性層6aの膜厚測定を行なう場合について説明したが、第3実施形態に示す補正を屈折率の異なる2層膜構造の膜厚測定に用いることも可能である。
In the third embodiment, the case where the film thickness of the
1 光源
2 光ファイバ
3 計測ヘッド
4 分光器
5 解析装置
6 SOI基板
6a 活性層
6b 支持基板
6c 酸化膜
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記酸化膜の両面での反射光により、光の干渉が弱められた波長を除くように解析波長領域を設定する工程と、
前記活性層に対して光を照射したことによる反射光を各波長別に分光する工程と、
前記分光された各波長別の光の干渉情報を一括して取得する工程と、
前記解析波長領域における前記干渉情報から波長と反射強度との関係を求めると共に、この関係を示した波形の極大値もしくは極小値となる波長を求め、該極大値もしくは極小値となる波長から前記活性層の膜厚を算出する工程とを有し、
前記活性層の膜厚を算出する工程では、任意の極大値もしくは極小値における波長をλ1、λ2、波長λでの膜の屈折率をn(λ)、両波長間の周波数もしくは波数をX、単層膜構造と2層膜構造における前記極大値もしくは前記極小値となる波長での位相シフト量をs1、s2とすると、前記活性層の膜厚dを、
A step of setting an analysis wavelength region so as to exclude a wavelength at which light interference is attenuated by reflected light on both surfaces of the oxide film;
Spectroscopically reflecting the reflected light by irradiating the active layer with respect to each wavelength;
A step of collectively obtaining interference information of the divided light for each wavelength;
A relationship between the wavelength and the reflection intensity is obtained from the interference information in the analysis wavelength region, and a wavelength having a maximum value or a minimum value of a waveform showing this relationship is obtained, and the activity from the wavelength having the maximum value or the minimum value is obtained. And calculating the thickness of the layer,
In the step of calculating the thickness of the active layer, the wavelength at an arbitrary maximum or minimum value is λ 1 , λ 2 , the refractive index of the film at the wavelength λ is n (λ), and the frequency or wave number between both wavelengths is calculated. X, where s 1 and s 2 are the phase shift amounts at the wavelength of the maximum value or the minimum value in the single-layer film structure and the double-layer film structure, the film thickness d of the active layer is
前記酸化膜の屈折率をnox、膜厚をdoxとし、mを任意の正数であるとすると、前記解析波長領域を示すλとして、
Assuming that the refractive index of the oxide film is nox, the film thickness is dox, and m is an arbitrary positive number,
前記第1の層に対して光を照射したことによる反射光を各波長別に分光する工程と、
前記分光された各波長別の光の干渉情報を取得し、この取得した干渉情報を用いて、前記第1の層の膜厚を算出する工程とを有していることを有し、
前記第1の層の膜厚を算出する工程では、任意の極大値もしくは極小値における波長をλ1、λ2、波長λでの膜の屈折率をn(λ)、両波長間の周波数もしくは波数をX、単層膜構造と2層膜構造における前記極大値もしくは前記極小値となる波長での位相シフト量をs1、s2とすると、前記第1の層の膜厚dを、
Spectroscopically analyzing the reflected light by irradiating the first layer with respect to each wavelength;
Obtaining the interference information of the separated light for each wavelength and calculating the film thickness of the first layer using the acquired interference information,
In the step of calculating the film thickness of the first layer, the wavelength at an arbitrary maximum value or minimum value is λ 1 , λ 2 , the refractive index of the film at the wavelength λ is n (λ), the frequency between both wavelengths or When the wave number is X, and the phase shift amount at the wavelength that is the maximum value or the minimum value in the single-layer film structure and the two-layer film structure is s 1 , s 2 , the film thickness d of the first layer is
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